一種用于準(zhǔn)分子激光器的氣體循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于準(zhǔn)分子激光器的氣體循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)補(bǔ)充鹵素氣體及去除雜質(zhì)而提高準(zhǔn)分子激光器氣體工作壽命，尤其適用于ArF、KrF準(zhǔn)分子激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]準(zhǔn)分子激光器可以輸出紫外波段的激光，并且具有非常窄的線寬和較大的能量，因此被廣泛用作光刻行業(yè)的光源。目前在光刻行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的準(zhǔn)分子激光器為ArF和KrF準(zhǔn)分子激光器。準(zhǔn)分子激光器的工作氣體為稀有氣體鹵化物如ArF和KrF，是通過(guò)鹵素氣體F2和稀有氣體氬氣和氪氣反應(yīng)生成。準(zhǔn)分子激光器與其它氣體激光器不同，準(zhǔn)分子激光器需要比較頻繁的更換工作氣體，這是因?yàn)闇?zhǔn)分子激光器面臨著一個(gè)共同的問(wèn)題就是準(zhǔn)分子激光器工作氣體的壽命隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減，這會(huì)導(dǎo)致激光器輸出能量的衰減以及放電不穩(wěn)定，所以當(dāng)工作氣體被消耗時(shí)，只能通過(guò)換氣來(lái)恢復(fù)激光器的輸出能量。準(zhǔn)分子激光器的工作氣體被消耗主要是因?yàn)辂u素氣體會(huì)跟激光器內(nèi)部的腔體材料反應(yīng)，這些反應(yīng)消耗了鹵素氣體的同時(shí)還生成了一些不期望得到的雜質(zhì)，其后果是一方面準(zhǔn)分子激光器由于鹵素氣體的減小造成輸出能量下降，另一方面雜質(zhì)的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)分子激光器電極間產(chǎn)生細(xì)絲狀的放電從而破壞放電的均勻性，更嚴(yán)重的后果是激光器無(wú)法正常工作。早期工作人員是通過(guò)不斷的換氣來(lái)保持激光器的正常工作，但是這會(huì)造成大量昂貴的工作氣體的消耗，導(dǎo)致激光器的工作成本非常高。后來(lái)工作人員采用少量補(bǔ)充鹵素氣體的方式來(lái)增加工作氣體的壽命，但是這種方法無(wú)法去除激光器工作過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)，不能從根本上解決細(xì)絲放電的問(wèn)題。再后來(lái)工作人員通過(guò)冷阱的方式去除工作氣體中的雜質(zhì)，然而為了有效的去除雜質(zhì)，冷阱溫度要設(shè)置為零下180°C，如此低的溫度對(duì)于KrF準(zhǔn)分子激光器是不可行的，因?yàn)檫@樣低的溫度會(huì)降低Kr的活性甚至導(dǎo)致其液化。再后來(lái)工作人員在準(zhǔn)分子激光器的工作氣體中添加了氧氣，氧氣跟雜質(zhì)反應(yīng)生成液化溫度高的氣體再通過(guò)冷阱去除這些生成的雜質(zhì)。這種方案確實(shí)可以提高準(zhǔn)分子激光器工作氣體的壽命，然而由于氧氣的加入會(huì)導(dǎo)致激光器的輸出能量下降20%到30%。
[0003]現(xiàn)有的方案還有采用直接液化雜質(zhì)CF4的方式，但是該雜質(zhì)的液化溫度很低(零下128.06°C )，采用液化的方式有效除去該雜質(zhì)需要零下180°C的低溫環(huán)境，這樣的低溫會(huì)導(dǎo)致工作氣體中稀有氣體Kr的活性下降甚至液化，所以不適用于KrF準(zhǔn)分子激光器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有的提高準(zhǔn)分子激光器工作氣體壽命的方法不能降低成本，也不能去除工作氣體中的雜質(zhì)，或者適用范圍有限，或者導(dǎo)致激光器輸出能量的下降的缺陷。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于準(zhǔn)分子激光器的氣體循環(huán)系統(tǒng)，準(zhǔn)分子激光器包括腔體，該腔體具有進(jìn)入管道和出氣管道，氣體循環(huán)系統(tǒng)包括冷凝器、氧氣提供裝置、壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣室，所述儲(chǔ)氣室分別與所述出氣管道、冷凝器、氧氣提供裝置通過(guò)閥門連接；所述氧氣提供裝置用于向所述儲(chǔ)氣室提供氧氣；所述儲(chǔ)氣室具有一定的容積，用于容納由所述氧氣提供裝置提供的氧氣和來(lái)自所述腔體的工作氣體，并使該氧氣和該工作氣體充分反應(yīng)，生成反應(yīng)氣體；所述冷凝器用于對(duì)所述反應(yīng)氣體進(jìn)行制冷，輸出未被冷凝的氣體；所述壓縮機(jī)用于抽取所述冷凝器中未被冷凝的氣體并輸送到所述腔體中。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述工作氣體包括稀有氣體、鹵素氣體及緩沖氣體。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述稀有氣體為Kr氣或Ar氣，所述鹵素氣體為氟氣。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述冷凝器內(nèi)的溫度為-80°c?-120°c。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述冷凝器包括器壁和包裹器壁外圍的絕緣層，所述絕緣層的結(jié)構(gòu)為空腔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)可以充入低溫介質(zhì)，用于保持所述器壁的低溫。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述器壁的內(nèi)部填充有銅絨絲。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，還包括預(yù)混氣提供裝置，其通過(guò)閥門連接于所述腔體的進(jìn)氣管道，用于為所述腔體提供初始的工作氣體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，還包括鹵素氣體提供裝置，其通過(guò)閥門連接于所述腔體的進(jìn)氣管道，用于為所述腔體補(bǔ)充鹵素氣體。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明可以有效的降低換氣次數(shù)提高了工作氣體的壽命降低了激光器的運(yùn)行成本，同時(shí)并不會(huì)導(dǎo)致激光器在除雜過(guò)程中由于添加其它氣體而使輸出能量大幅下降。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的用于準(zhǔn)分子激光器的氣體循環(huán)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的用于準(zhǔn)分子激光器的氣體循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明得出一種氣體循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)補(bǔ)充鹵素氣體及去除雜質(zhì)而提高準(zhǔn)分子激光器氣體工作壽命。本發(fā)明的系統(tǒng)首先通過(guò)間斷補(bǔ)充鹵素氣體延長(zhǎng)激光器工作時(shí)間，當(dāng)間斷補(bǔ)充鹵素氣體無(wú)法有效恢復(fù)激光器輸出能量時(shí)，采用部分抽出已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)的氣體，在腔外通過(guò)與氧氣反應(yīng)然后用冷阱去除雜質(zhì)，最后將提純后的氣體充回腔內(nèi)再次利用。這樣既恢復(fù)輸出能量提高工作氣體壽命又節(jié)約了成本。通過(guò)質(zhì)譜儀分析氧氣的充入量，保證雜質(zhì)被充分反應(yīng)的同時(shí)，氧氣沒有剩余，這樣既有效的去除了雜質(zhì)，又不會(huì)因?yàn)闇?zhǔn)分子激光器腔內(nèi)含有過(guò)量氧氣而導(dǎo)致的輸出能量大幅下降。
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021 ] 準(zhǔn)分子激光器在工作過(guò)程中，其工作氣體本身含有的雜質(zhì)以及工作氣體中的鹵素氣體跟腔內(nèi)材料反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)吸收預(yù)電離產(chǎn)生的電子以及產(chǎn)生激光的光子，其結(jié)果是造成激光器輸出能量的衰減，以及電極間的不均勻放電。早期為了解決上述問(wèn)題必須更換工作氣體，造成激光器運(yùn)行成本非常高。在準(zhǔn)分子激光器的發(fā)展過(guò)程中，工作人員借助質(zhì)譜儀等手段確定了準(zhǔn)分子激光器工作氣體中的雜質(zhì)主要是CF4，該雜質(zhì)是通過(guò)工作氣體中的F2與腔內(nèi)材料反應(yīng)生成的。因此，為了提高準(zhǔn)分子激光器的工作壽命就需要有效的去除該雜質(zhì)。
[0022]圖1是本發(fā)明提出的氣體循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的氣體循環(huán)系統(tǒng)包括冷凝器1、氧氣提供裝置2、壓縮機(jī)3和儲(chǔ)氣室4。儲(chǔ)氣室4分別與準(zhǔn)分子激光器腔體的出氣管道、冷凝器1、氧氣提供裝置2通過(guò)閥門連接。
[0023]在此，將準(zhǔn)分子激光器與儲(chǔ)氣室4之間的閥門稱為第一閥門5，將氧氣提供裝置2與儲(chǔ)氣室4之間的閥門稱為第二閥門6，將冷凝器I與儲(chǔ)氣室4之間的閥門稱為第三閥門7。再參見圖1，冷凝器I還通過(guò)管道與壓縮機(jī)3連通，壓縮機(jī)3則經(jīng)由第四閥門8與準(zhǔn)分子激光器的腔體連通。
[0024]準(zhǔn)分子激光器的腔體具有進(jìn)氣管道、出氣管道，內(nèi)部充有工作氣體，工作氣體由稀有氣體、鹵素氣體及緩沖氣體組成。氧氣提供裝置2用于向儲(chǔ)氣室4提供氧氣；儲(chǔ)氣室4具有一定的容積，用于容納由氧氣提供裝置2提供的氧氣和由來(lái)自所述腔體的工作氣體，并使該氧氣和該工作氣體充分反應(yīng)，生成反應(yīng)氣體。冷凝器I用于對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行制冷，輸出未被冷凝的氣體；壓縮機(jī)3用于抽取冷凝器4中未被冷凝的氣體并輸送到準(zhǔn)分子激光器的腔體中；
[0025]本發(fā)明的系統(tǒng)能抽出部分工作氣體，并去除雜質(zhì)后重復(fù)利用。下面參照?qǐng)D1說(shuō)明其工作原理。
[0026]因?yàn)榧す馄髟陂L(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)(例如CF4)，過(guò)多的雜質(zhì)會(huì)大量吸收激光器預(yù)電離產(chǎn)生的電子以及產(chǎn)生激光的光子，一方面造成輸出能量的大幅下降，另一方面會(huì)導(dǎo)致電極間產(chǎn)生細(xì)絲狀的放電，破壞放電均勻性，甚至導(dǎo)致激光器無(wú)法正常工作。此時(shí)，為了恢復(fù)激光器正常的輸出水平，需要對(duì)準(zhǔn)分子激光器部分抽氣。此時(shí)，第一閥門5打開，第二閥門6、第三閥門7、第四閥門8關(guān)閉，這樣，工作氣體通過(guò)管路進(jìn)入儲(chǔ)氣室4中。
[0027]接著，關(guān)閉第一閥門5，打開第二閥門6，氧氣提供裝置2中的氧氣通過(guò)管路充入儲(chǔ)氣室4中，以雜質(zhì)為CF4S例來(lái)說(shuō)，氧氣與雜質(zhì)(CF4)在儲(chǔ)氣室4充分反應(yīng)生成C02、C0F2&F2，其中0)2和COF 2氣體的液化溫度明顯高于CF 4，更容易液化。
[0028]當(dāng)